Derivative-free nonlinear optimization filter simplex

The filter method is a technique for solving nonlinear programming problems. The filter algorithm has two phases in each iteration. The first one reduces a measure of infeasibility, while in the second the objective function value is reduced. In real optimization problems, usually the objective function is not differentiable or its derivatives are unknown. In these cases it becomes essential to use optimization methods where the calculation of the derivatives or the verification of their existence is not necessary: direct search methods or derivative-free methods are examples of such techniques. In this work we present a new direct search method, based on simplex methods, for general constrained optimization that combines the features of simplex and filter methods. This method neither computes nor approximates derivatives, penalty constants or Lagrange multipliers.

A Matemática do Pré-Escolar: o exemplo de Singapura

Singapura é uma Cidade-Estado localizada na ponta sul da Península Malaia, no Sudeste Asiático. Trata-se de um país insular constituído por 63 ilhas, que está separado da Malásia pelo Estreito de Johor, a norte, e das Ilhas Riau (Indonésia) pelo Estreito de Singapura, a sul. (...) No âmbito deste artigo, interessa-nos falar um pouco sobre o sistema de ensino deste país. A verdade é que os alunos de Singapura têm geralmente as notas mais altas nos exames internacionais de Matemática. Veja-se, por exemplo, o caso do TIMS (Trends in International Mathematics and Science Study) (...) O sucesso deste método também passa por uma forte aposta no Pré-Escolar, seguindo a máxima “É de pequenino que se torce o pepino!” Desde logo, há que desconstruir a ideia bastante comum em Portugal de que, no Jardim de Infância, os temas matemáticos são trabalhados nas rotinas diárias e que esse trabalho informal é mais do que suficiente para cumprir os objetivos relativos ao ensino da Matemática nos primeiros anos. Tal como acontece com as outras áreas e domínios, também a Matemática deve ter um espaço de trabalho próprio (em termos da calendarização semanal das atividades como também na organização do espaço físico da sala do Jardim de Infância). Esse espaço deve ser ocupado com atividades desafiadoras que, num tom lúdico e com apelo à utilização de muitos materiais (estruturados e não estruturados), estimulem o desenvolvimento de competências matemáticas. (...) O processo de aprendizagem deve processar-se em três etapas: Concreto (os alunos participam em atividades usando objetos concretos, quer sejam materiais estruturados ou não estruturados); Pictórico (os alunos trabalham representações pictóricas de conceitos matemáticos – por exemplo, utilizam tracinhos ou pontinhos); Abstrato (os alunos resolvem problemas matemáticos de forma abstrata, usando numerais e outros símbolos). Há também um extremo cuidado em não saltar etapas. Os novos conceitos matemáticos são introduzidos, partindo de conceitos que já foram trabalhados à exaustão e que a criança domina. Esta progressão em espiral permite também uma revisão de conceitos matemáticos importantes, enquanto se promove a expansão dessas bases. Outro aspeto crucial passa por estimular a prática da oralidade. As crianças são chamadas a verbalizar o seu raciocínio, a usar frases completas, com sujeito e predicado, e a alargar o vocabulário que têm à sua disposição. Uma última palavra para o treino motor (a criança é convidada a traçar no ar, a contornar objetos com o indicador e, posteriormente, com um lápis) e para um convite à capacidade de a criança monitorizar o seu próprio pensamento, a ter consciência das estratégias que pode usar e a repensar sobre os processos de pensamento individual, num claro convite ao desenvolvimento da metacognição. (...)

Um caso multimédia na formação inicial: contributos para o conhecimento sobre o ensino exploratório da Matemática

Este artigo tem como foco o uso de casos multimédia na formação inicial de professores e procura analisar o seu contributo para o desenvolvimento do conhecimento didático de futuras professoras acerca do ensino exploratório da Matemática, bem como apreciar as suas perspetivas sobre as mais-valias do caso multimédia utilizado como recurso formativo. Analisam-se questionários e relatórios de treze alunas do Mestrado em Educação Pré-Escolar e Ensino do 1.º Ciclo da Universidade de Évora, que trabalharam sobre um caso multimédia que retrata a prática de ensino de uma professora de 1º ciclo. O caso inclui recursos diversificados, sendo os vídeos de sala de aula complementados com o plano da aula, as resoluções da tarefa pelos alunos, as reflexões da professora sobre a sua prática, um quadro de referência sobre o ensino exploratório da Matemática e artigos teóricos sobre ensino de natureza exploratória da Matemática. As alunas em formação apreciaram conhecer e explorar o caso multimédia, ressaltando a possibilidade de através dele conhecerem uma nova prática real de ensino da Matemática; sublinharam a importância de ouvirem as reflexões da professora para dotar de sentido a respetiva prática, revelando as intenções das suas ações; aprenderam também conhecimentos relevantes para pôr em prática o ensino exploratório, nomeadamente relativos ao conhecimento do processo instrucional, tanto no diz respeito à planificação, como à condução da aula.

Percursos de vida profissional: da formação inicial à entrada na carreira

Dissertação apresentada à Escola Superior de Educação de Lisboa para a obtenção do Grau de Mestre em Ciências da Educação - especialidade Supervisão em Educação

A capacidade de subitizing em crianças de 4 anos

Dissertação apresentada à escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção de grau de mestre em Educação Matemática na Educação Pré-Escolar e nos 1º e 2º Ciclos do Ensino Básico

Organização e tratamento de dados recolhidos nas rotinas das crianças na sala dos quatro anos

Dissertação apresentada à escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção de grau de mestre em Educação Matemática na Educação Pré-Escolar e nos 1º e 2º Ciclos do Ensino Básico

O contributo da rotina Ler, contar e mostrar para o desenvolvimento de competências da leitura e de expressão oral

Relatório de estágio apresentado à Escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção de grau de mestre em Ensino do 1º e 2º ciclo do Ensino Básico

Modellus: Learning Physics with Mathematical Modelling

Tese de doutoramento em Ciências da Educação, área de Teoria Curricular e Ensino das Ciências

Travelling wave profiles in some models with nonlinear diffusion

We study some properties of the monotone solutions of the boundary value problem (p(u'))' - cu' + f(u) = 0, u(-infinity) = 0, u(+infinity) = 1, where f is a continuous function, positive in (0, 1) and taking the value zero at 0 and 1, and P may be an increasing homeomorphism of (0, 1) or (0, +infinity) onto [0, +infinity). This problem arises when we look for travelling waves for the reaction diffusion equation partial derivative u/partial derivative t = partial derivative/partial derivative x [p(partial derivative u/partial derivative x)] + f(u) with the parameter c representing the wave speed. A possible model for the nonlinear diffusion is the relativistic curvature operator p(nu)= nu/root 1-nu(2). The same ideas apply when P is given by the one- dimensional p- Laplacian P(v) = |v|(p-2)v. In this case, an advection term is also considered. We show that, as for the classical Fisher- Kolmogorov- Petrovski- Piskounov equations, there is an interval of admissible speeds c and we give characterisations of the critical speed c. We also present some examples of exact solutions. (C) 2014 Elsevier Inc. All rights reserved.

A influência dos jogos matemáticos na predisposição dos alunos para a matemática e na sua aprendizagem

Relatório de estágio apresentado à Escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção de grau de mestre em Ensino do 1.º e do 2.º Ciclo do Ensino Básico

Activation of effector immune cells promotes tumor stochastic extinction: A homotopy analysis approach

In this article we provide homotopy solutions of a cancer nonlinear model describing the dynamics of tumor cells in interaction with healthy and effector immune cells. We apply a semi-analytic technique for solving strongly nonlinear systems – the Step Homotopy Analysis Method (SHAM). This algorithm, based on a modification of the standard homotopy analysis method (HAM), allows to obtain a one-parameter family of explicit series solutions. By using the homotopy solutions, we first investigate the dynamical effect of the activation of the effector immune cells in the deterministic dynamics, showing that an increased activation makes the system to enter into chaotic dynamics via a period-doubling bifurcation scenario. Then, by adding demographic stochasticity into the homotopy solutions, we show, as a difference from the deterministic dynamics, that an increased activation of the immune cells facilitates cancer clearance involving tumor cells extinction and healthy cells persistence. Our results highlight the importance of therapies activating the effector immune cells at early stages of cancer progression.

A hybrid procedure to identify the optimal stiffness coefficients of elastically restrained beams

The formulation of a bending vibration problem of an elastically restrained Bernoulli-Euler beam carrying a finite number of concentrated elements along its length is presented. In this study, the authors exploit the application of the differential evolution optimization technique to identify the torsional stiffness properties of the elastic supports of a Bernoulli-Euler beam. This hybrid strategy allows the determination of the natural frequencies and mode shapes of continuous beams, taking into account the effect of attached concentrated masses and rotational inertias, followed by a reconciliation step between the theoretical model results and the experimental ones. The proposed optimal identification of the elastic support parameters is computationally demanding if the exact eigenproblem solving is considered. Hence, the use of a Gaussian process regression as a meta-model is addressed. An experimental application is used in order to assess the accuracy of the estimated parameters throughout the comparison of the experimentally obtained natural frequency, from impact tests, and the correspondent computed eigenfrequency.

From weak Allee effect to no Allee effect in Richards’ growth models

Population dynamics have been attracting interest since many years. Among the considered models, the Richards’ equations remain one of the most popular to describe biological growth processes. On the other hand, Allee effect is currently a major focus of ecological research, which occurs when positive density dependence dominates at low densities. In this chapter, we propose the dynamical study of classes of functions based on Richards’ models describing the existence or not of Allee effect. We investigate bifurcation structures in generalized Richards’ functions and we look for the conditions in the (β, r) parameter plane for the existence of a weak Allee effect region. We show that the existence of this region is related with the existence of a dovetail structure. When the Allee limit varies, the weak Allee effect region disappears when the dovetail structure also disappears. Consequently, we deduce the transition from the weak Allee effect to no Allee effect to this family of functions. To support our analysis, we present fold and flip bifurcation curves and numerical simulations of several bifurcation diagrams.

Reducing the number of membership functions in linguistic variables

Dissertation presented at Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia in fulfilment of the requirements for the Masters degree in Mathematics and Applications, specialization in Actuarial Sciences, Statistics and Operations Research

Brokerage Platform for Media Content Recommendation

Near real time media content personalisation is nowadays a major challenge involving media content sources, distributors and viewers. This paper describes an approach to seamless recommendation, negotiation and transaction of personalised media content. It adopts an integrated view of the problem by proposing, on the business-to-business (B2B) side, a brokerage platform to negotiate the media items on behalf of the media content distributors and sources, providing viewers, on the business-to-consumer (B2C) side, with a personalised electronic programme guide (EPG) containing the set of recommended items after negotiation. In this setup, when a viewer connects, the distributor looks up and invites sources to negotiate the contents of the viewer personal EPG. The proposed multi-agent brokerage platform is structured in four layers, modelling the registration, service agreement, partner lookup, invitation as well as item recommendation, negotiation and transaction stages of the B2B processes. The recommendation service is a rule-based switch hybrid filter, including six collaborative and two content-based filters. The rule-based system selects, at runtime, the filter(s) to apply as well as the final set of recommendations to present. The filter selection is based on the data available, ranging from the history of items watched to the ratings and/or tags assigned to the items by the viewer. Additionally, this module implements (i) a novel item stereotype to represent newly arrived items, (ii) a standard user stereotype for new users, (iii) a novel passive user tag cloud stereotype for socially passive users, and (iv) a new content-based filter named the collinearity and proximity similarity (CPS). At the end of the paper, we present off-line results and a case study describing how the recommendation service works. The proposed system provides, to our knowledge, an excellent holistic solution to the problem of recommending multimedia contents.